(57)【要約】      （修正有）【課題】基板面内の研磨ムラを抑制しつつ簡易に研磨可能なサファイア基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】サファイア基板１０の両方の主面を研磨する第１研磨工程と、サファイア基板１０を加熱する加熱工程と、サファイア基板１０の裏面と、表面に複数の穴１３１を有する吸着パッド１３０の表面とを水２０を介して圧接し、負圧によってサファイア基板１０を吸着させる吸着工程と、サファイア基板１０の表面１１を研磨する第２研磨工程と、サファイア基板１０を吸着パッド１３０から取り外す取外し工程と、吸着パッド１３０は、サファイア基板１０を吸着した状態においてサファイア基板１０の周側面を囲む内周壁１２１を有する保持部材１２０の開口内に収容され、内周壁１２１は、横断面において、互いに対向するこの内周壁１２１同士の間の距離が吸着パッド１３０から離れるに従って長くなるテーパー形状を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に微細凹凸を有するエピタキシャル成長用のサファイア基板であって、
厚さが１００μｍ以上、反りが５０μｍ以下、厚みムラが３０μｍ以下、表面の面粗度が１０ｎｍ以下、および、裏面の面粗度が１０ｎｍ以上である、サファイア基板。
【請求項２】
サファイア基板の両方の主面を研磨する第１研磨工程と、
前記第１研磨工程後の前記サファイア基板を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記サファイア基板の一方の主面と、表面に複数の穴を有する吸着パッドの該表面とを液体を介して圧接させることにより、前記複数の穴に発生する負圧によって前記サファイア基板を前記吸着パッドに吸着させる吸着工程と、
前記吸着パッドに前記サファイア基板を吸着させた状態で、前記サファイア基板の他方の主面を研磨する第２研磨工程と、
前記第２研磨工程後の前記サファイア基板を前記吸着パッドから取り外す取外し工程と
を備え、
前記吸着パッドは、前記サファイア基板を吸着した状態において前記サファイア基板の周側面を囲む内周壁を有する保持部材の開口内に収容され、
前記内周壁は、横断面において、互いに対向する該内周壁同士の間の距離が前記吸着パッドから離れるに従って長くなるテーパー形状を有し、
前記第２研磨工程において、前記サファイア基板は前記吸着パッドの前記表面および前記保持部材の前記内周壁に囲まれている、サファイア基板の製造方法。
【請求項３】
前記液体が水である、請求項２に記載のサファイア基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基板の研磨の際の固定方法を開示した先行文献として、特開２００６−３０３１８０号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたサファイア基板の固定方法においては、サファイア基板とフィルムの第１の主面とを粘着剤により貼着する工程と、フィルムの第２の主面と支持体とをワックスにより貼着する工程とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０３１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
粘着剤を用いて基板を固定する場合、研磨工程後に粘着剤の粘着性を低下させる工程が必要になり、工程が複雑になる。また、基板を強固に固定した状態で、回転する研磨盤に押し付けて研磨した場合、研磨盤の中心側に接触する部分より研磨盤の径方向の端部側に接触する部分の方が多く研磨されるため、基板を面内で均一に研磨することが難しい。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、基板面内の研磨ムラを抑制しつつ簡易に研磨可能なサファイア基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づくサファイア基板は、裏面に微細凹凸を有するエピタキシャル成長用のサファイア基板である。サファイア基板は、厚さが１００μｍ以上、反りが５０μｍ以下、厚みムラが３０μｍ以下、表面の面粗度が１０ｎｍ以下、および、裏面の面粗度が１０ｎｍ以上である。
【０００７】
本発明に基づくサファイア基板の製造方法は、サファイア基板の両方の主面を研磨する第１研磨工程と、第１研磨工程後のサファイア基板を加熱する加熱工程とを備える。また、サファイア基板の製造方法は、加熱工程後のサファイア基板の一方の主面と、表面に複数の穴を有する吸着パッドのこの表面とを液体を介して圧接させることにより、複数の穴に発生する負圧によってサファイア基板を吸着パッドに吸着させる吸着工程を備える。さらに、サファイア基板の製造方法は、吸着パッドにサファイア基板を吸着させた状態で、サファイア基板の他方の主面を研磨する第２研磨工程と、第２研磨工程後のサファイア基板を吸着パッドから取り外す取外し工程とを備える。吸着パッドは、サファイア基板を吸着した状態においてサファイア基板の周側面を囲む内周壁を有する保持部材の開口内に収容される。上記内周壁は、横断面において、互いに対向するこの内周壁同士の間の距離が吸着パッドから離れるに従って長くなるテーパー形状を有する。第２研磨工程において、サファイア基板は吸着パッドの表面および保持部材の内周壁に囲まれている。
【０００８】
本発明の一形態においては、上記液体が水である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板面内の研磨ムラを抑制しつつサファイア基板を簡易に研磨できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るサファイア基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】同実施形態に係る吸着工程に用いる基板保持部１００の構成を示す断面図である。
【図３】図２の基板保持部を矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。
【図４】吸着パッドにサファイア基板を吸着させた状態を示す断面図である。
【図５】サファイア基板の表面を研磨している状態を示す一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係るサファイア基板の製造方法について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るサファイア基板の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態においては、サファイア基板として、インゴッドからスライスされて形成されたＡｓ−Ｃｕｔサファイア基板を用いている。
【００１３】
図１に示すように、まず、第１研磨工程として、図示しない両面研磨装置を用いて、サファイア基板の両方の主面を研磨する(Ｓ１０１)。具体的には、サファイア基板の両主面を互いに相対的に回転する銅定盤で挟み込む。定盤とサファイア基板との間に、たとえば、数十μｍ以上数百μｍ以下の粒径のボロンカーバイドまたはグリーンカーバイドなどからなる遊離砥粒を流し込む。サファイア基板の両面を研磨し、サファイア基板の一方の主面である裏面の面粗度を数十ｎｍ以上数μｍ以下にする。
【００１４】
次に、第１研磨工程(Ｓ１０１)によってサファイア基板内に発生した加工応力を緩和するためにサファイア基板を加熱する(Ｓ１０２)。具体的には、サファイア基板を図示しない高温炉に入れ、千数百℃の加熱温度で数時間から十数時間程度保持することで、サファイア基板の加工応力および加工歪みを緩和する。
【００１５】
その後、サファイア基板の他方の主面である表面を研磨するために、サファイア基板の裏面を吸着パッドに吸着させる(Ｓ１０３)。図２は、本実施形態に係る吸着工程に用いる基板保持部１００の構成を示す断面図である。図３は、図２の基板保持部を矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。
【００１６】
図２，３に示すように、吸着工程(Ｓ１０３)においてサファイア基板を保持する基板保持部１００は、プレート１１０と、プレート１１０上に固定されて開口を有する保持部材１２０と、吸着パッド１３０とを含む。プレート１１０はたとえばセラミックからなり、プレート１１０の上面は平面である。
【００１７】
保持部材１２０は、開口内に吸着パッド１３０を収容する。保持部材１２０は、アクリル樹脂またはガラスエポキシ樹脂などから形成され、接着剤によりプレート１１０上に固定されている。
【００１８】
保持部材１２０の内周壁１２１は、横断面において、互いに対向する内周壁１２１同士の間の距離が吸着パッド１３０から離れるに従って長くなるテーパー形状を有している。具体的には、図２に示すように、内周壁１２１は、吸着パッド１３０の上面に対して角度θで交差している。本実施形態においては、θ＝６０°としたが、３０°≦θ≦６０°であることが好ましい。
【００１９】
θ＜３０°の場合、保持部材１２０が大きくなりすぎるため好ましくない。６０°＜θの場合、後述するように、吸着パッド１３０からの吸着が解除された際にサファイア基板１０が吸着パッド１３０に再度吸着されるまでの時間を十分に確保することができない。
【００２０】
吸着パッド１３０としては、針で表面上に多数の微細な穴１３１が形成されたシリコンフィルムまたはポリウレタンからなる柔軟で撓みやすいシートなどを用いることができる。平面視において、吸着パッド１３０は、サファイア基板より大きな面積を有している。吸着パッド１３０は、接着剤１３２によりプレート１１０上に固定されている。
【００２１】
図４は、吸着パッドにサファイア基板を吸着させた状態を示す断面図である。なお、図４においては、保持部材１２０およびプレート１１０は図示していない。
【００２２】
図４に示すように、加熱工程後のサファイア基板１０の裏面１２と、吸着パッド１３０の表面とを水２０を介して圧接させることにより、上記複数の穴１３１に発生する負圧によってサファイア基板１０を吸着パッド１３０に吸着させる。
【００２３】
具体的には、吸着パッド１３０の表面を水で濡らす。吸着パッド１３０の表面には、吸着パッド１３０の厚さ方向に延びる多数の細かい穴１３１が形成されているため、穴１３１内は水および空気が入っている状態となる。
【００２４】
その状態で、吸着パッド１３０の表面に、サファイア基板１０を裏面１２側から押し付ける。すると、穴１３１が縮まって穴１３１内の空気が押し出される。サファイア基板１０の押し付けを解除すると、穴１３１が元の大きさに戻ろうとして穴１３１内に空気を吸い込む。
【００２５】
しかし、穴１３１の縁は水２０を介してサファイア基板１０の裏面１２に密着しているため、空気を十分に吸い込むことができない。そのため、穴１３１は縮んだままとなり、穴１３１内に負圧が発生する。この負圧が、吸着パッド１３０のサファイア基板１０を吸着する吸着力となる。
【００２６】
吸着パッド１３０にサファイア基板１０を吸着させた状態で、第２研磨工程として、サファイア基板１０の表面１１を研磨する(Ｓ１０４)。図５は、サファイア基板の表面を研磨している状態を示す一部断面図である。
【００２７】
図５に示すように、まず、銅または錫などを含み比較的軟質な金属系の定盤３０を用いてサファイア基板１０の表面１１を研磨する。具体的には、定盤３０上に数μｍの粒径のダイヤモンドスラリーを散布し、基板保持部１００で保持したサファイア基板１０を回転している定盤３０に一定圧力で押し付ける。定盤３０の回転数は、３０ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ以下が好ましい。
【００２８】
その後、数十ｎｍの粒径のシリカ粒子を用いて、軟質の発泡ウレタンまたはスエード状のパッドなどの研磨布でサファイア基板１０の表面１１を研磨し、サファイア基板１０の表面１１の面粗度を０.０１ｎｍ以上０．３ｎｍ以下程度にする。
【００２９】
第２研磨工程(Ｓ１０４)において、吸着パッド１３０によるサファイア基板１０の吸着力が低下して、サファイア基板１０が吸着パッド１３０に対して横ズレすることがある。このとき、サファイア基板１０は吸着パッド１３０の表面および保持部材１２０の内周壁１２１に囲まれているため、サファイア基板１０の周側面と保持部材１２０の内周壁１２１とが接触することによりサファイア基板１０の横ズレが抑止される。その状態で研磨を継続することにより、吸着パッド１３０の穴１３１内に再び負圧が発生して、吸着パッド１３０がサファイア基板１０を吸着する。
【００３０】
このように、仮に吸着パッド１３０によるサファイア基板１０の吸着が一時的に解除された場合にも、サファイア基板１０の研磨を継続して行なうことができる。
【００３１】
また、吸着パッド１３０による吸着が一時的に解除された状態において、サファイア基板１０は定盤３０の回転による慣性力を受けつつ内周壁１２１に接触して、サファイア基板１０の周方向に回転して自転する。保持部材１２０の内周壁１２１はテーパー形状を有しているため、内周壁１２１に接触したサファイア基板１０は吸着パッド１３０から離れる方向に力を受けるため、再び吸着パッド１３０に吸着されるまでの時間が、内周壁１２１がテーパー形状でない場合に比べて長くなる。
【００３２】
そのため、サファイア基板１０が吸着パッド１３０に再度吸着されたときのサファイア基板１０の自転による回転角度を大きくすることができる。その状態でサファイア基板１０は研磨されるため、定盤３０の中心側に接触する部分と径方向の端部側に接触する部分との位置を、サファイア基板１０の面内において比較的大きく変えることができる。よって、サファイア基板１０の基板面内における研磨ムラを抑制することができる。
【００３３】
最後に、第２研磨工程(Ｓ１０４)後のサファイア基板１０を吸着パッド１３０から取り外す(Ｓ１０５)。サファイア基板１０の裏面１２と吸着パッド１３０の表面との間の負圧を解消することで、サファイア基板１０を容易に取り外すことができる。
【００３４】
上記のようにサファイア基板１０を研磨することにより、研磨工程後に粘着剤の粘着性を低下させる工程が不要となるため、工程を簡略化して研磨時間の短縮および研磨コストの低減を図ることが可能となる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、吸着工程Ｓ１０３において吸着パッド１３０の表面に付着させる液体として水を用いたが、その他にも、たとえばシリコーンオイルなどを用いてもよい。
【００３６】
以下、本実施形態に係るサファイア基板の製造方法で研磨したサファイア基板の特性値を測定した実験結果について説明する。
【００３７】
(実験例)
まず、直径が４ｉｎｃｈ、厚みが１．３ｍｍのＡｓ−Ｃｕｔサファイア基板を準備した。そのサファイア基板を両面研磨装置のキャリアにセットして銅定盤により挟み込んだ。回転している銅定盤とサファイア基板との間に数十μｍの粒径のボロンカーバイドを流し込み、サファイア基板の厚みが０．９５ｍｍになるまで研磨した。その後、サファイア基板を高温炉に入れて、１３００℃の温度で１０時間加熱した。
【００３８】
その後、数μｍの粒径のダイヤモンドスラリーを銅定盤上に散布してサファイア基板の表面を研磨した。さらに、数十ｎｍの粒径のシリカを用いて研磨布でサファイア基板の表面を研磨した。
【００３９】
ハイトゲージを用いて測定した研磨後のサファイア基板の厚みは０．９ｍｍであった。また、Ｎｉｄｅｋ社製の高精度デジタルフラットネステスターを用いて測定した、研磨後のサファイア基板の反りは５μｍ、厚みムラは６μｍであった。
【００４０】
原子間力顕微鏡を用いて測定したサファイア基板の表面の面粗度は０.０１ｎｍ〜０．３ｎｍであった。表面段差測定装置を用いて測定したサファイア基板の裏面の面粗度は０．６μｍであった。
【００４１】
上記の実験結果から、本実施形態に係るサファイア基板の製造方法による研磨後のサファイア基板の特性値は、半導体層をエピタキシャル成長させるために好ましい条件である、厚さ１００μｍ以上、反り５０μｍ以下、厚みムラ３０μｍ以下、表面の面粗度１０ｎｍ以下、および、裏面の面粗度１０ｎｍ以上を満たすことが確認された。このサファイア基板は、裏面に微細凹凸が形成されており、半導体層をエピタキシャル成長させた際に、成膜結晶との格子定数差に起因する転位を低減できる。
【００４２】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１０  サファイア基板、１１  表面、１２  裏面、２０  水、３０  定盤、１００  基板保持部、１１０  プレート、１２０  保持部材、１２１  内周壁、１３０  吸着パッド、１３１  穴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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